课程内容与考核要求

　　第三章　传感器及其应用

　　一、学习目的与要求

　　通过本章的学习，了解各种常用传感器的类型、结构、静动态特性、测量范围、使用条件等，掌握常用传感器的工作原理及其应用。

　　二、课程内容

　　第一节　概述

　　1.传感器的定义2.传感器的组成3.传感器的分类

　　第二节　电阻传感器

　　1.电位器2.电阻应变式传感器3.热电阻式传感器4.光敏电阻传感器5.湿敏电阻传感器6.气敏电阻传感器

　　第三节　电容传感器

　　1.电容传感器的工作原理和分类2.变极距型电容传感器3.变面积型电容传感器4.变介电常数型电容传感器5.电容传感器应用实例

　　第四节　电感传感器

　　1.自感式传感器2.差动变压器式电感传感器3.涡流式电感传感器4.电感传感器应用实例

　　第五节　磁电传感器

　　1.动圈式磁电传感器2.磁阻式磁电传感器3.磁电传感器应用实例

　　第六节　压电传感器

　　1.压电效应2.压电元件及其等效电路3.压电传感器应用实例

　　第七节　光电传感器

　　1.光电效应2.光电池3.光敏二极管和光敏三极管4.光电传感器应用实例

　　第八节　热电传感器

　　1.工作原理2.基本定律3.热电偶的冷端温度处理4.热电偶应用实例

　　第九节　磁敏传感器

　　1.霍尔传感器2.磁敏电阻传感器3.磁敏传感器应用实例

　　第十节　其他新型传感器

　　1.光栅传感器2.编码式传感器3.CCD传感器4.光纤传感器5.超声传感器6.集成传感器及智能传感器

　　三、考核知识点与考核要求

　　1.传感器的概念

　　识记：传感器的定义。

　　领会：表述传感器定义的4层含义；简述传感器的组成；表述传感器的分类方法。

　　2.电阻传感器

　　识记：电阻传感器的定义；

　　电阻传感器的种类；

　　应变效应及压阻效应概念；

　　应变片灵敏度的定义；

　　应变片的种类；

　　金属电阻应变片的半导体应变片的种类；

　　电阻应变式传感器的应用；

　　热敏电阻的种类；

　　正温度系数、负温度系数、突变型负温度系数的含义；

　　光敏电阻的主要参数。

　　领会：变阻器式传感器的优缺点；

　　金属电阻应变片的工作原理；

　　半导体应变片的工作原理；

　　半导体应变片的优缺点；

　　电阻应变式传感器的应用实例；

　　应变片的测量电路；

　　应变片的应用方式；

　　电阻应变片在柱式、梁式、环式等弹性体上贴片的方式；

　　热电阻式传感器的工作原理和种类；

　　金属丝热电阻的种类和应用；

　　铂电阻和铜电阻的优缺点；

　　热敏电阻的优缺点及应用；

　　光敏电阻传感器的工作原理；

　　光敏电阻传感器的优缺点及应用；

　　湿敏电阻传感器的工作原理及种类；

　　气敏电阻传感器的工作原理及应用。

　　简单应用：变阻器式传感器输出电压与位移的关系；应变片的灵敏度计算。

　　3.电容传感器

　　识记：电容传感器的定义；电容传感器的种类。

　　领会：电容传感器的工作原理；

　　变极距型电容传感器的工作原理及应用；

　　变面积型电容传感器的种类、输出特性及应用；

　　变介电常数型电容传感器的工作原理及应用；

　　电容式压差传感器的结构原理；

　　差动电容加速度传感器的结构原理；

　　电容式位移传感器的结构原理。

　　简单应用：变极距型电容传感器的灵敏度计算；

　　差动结构变极距型电容传感器的电容量差值计算；

　　变面积型电容传感器灵敏度和输出特性的计算；

　　电容式转速传感器的工作原理及计算。

　　4.电感传感器

　　识记：电感传感器的工作原理及种类；

　　自感式传感器的分类；

　　涡流效应。

　　领会：自感式传感器的工作原理；

　　自感式传感器的结构、输出特性及灵敏度；

　　差动变压器式电感传感器的结构及工作原理；

　　涡流式电感传感器的结构、工作原理及应用；

　　高频反射式涡流传感器的工作原理；

　　低频透射式涡流传感器的工作原理；

　　涡流传感器的工程应用。

　　简单应用：自感式位移传感器的自感系数L的计算；

　　自感式传感器灵敏度的计算；

　　涡流传感器转速测量的结构、工作原理及计算。

　　5.磁电传感器

　　识记：磁电式传感器的种类及工作原理；动圈式磁电传感器分类及结构。

　　领会：线速度型动圈式磁电传感器的原理及结构；

　　角速度型动圈式磁电传感器的原理及结构；

　　磁阻式磁电传感器的工作原理及结构；

　　磁阻式磁电传感器的应用。

　　简单应用：线速度型传感器感应电势与运动速度的计算；

　　角速度型传感器感应电势与角速度的计算。

　　6.压电传感器

　　识记：正压电效应及逆压电效应的概念。

　　领会：石英晶体的压电效应及种类；

　　压电陶瓷的压电效应；

　　压电元件的等效电路及后接放大器的形式；

　　电荷放大器与电压放大器的优缺点；

　　压电式加速度传感器的类型及工作原理。

　　简单应用：压电传感器配接电压放大器的输出电压计算；

　　压电传感器配接电荷放大器的输出电压计算。

　　7.光电传感器

　　识记：光电传感器的概念；外光电效应的概念。

　　领会：内光电效应的类型及工作原理；

　　光电池的结构与等效电路；

　　光敏二极管和光敏三极管的结构、符号及接线；

　　光电传感器测量零件表面状态的工作原理；

　　光电传感器测量转速的工作原理。

　　简单应用：光电传感器在工业上应用的4种基本形式及其原理。

　　8.热电传感器

　　识记：温度传感器分类；

　　常用热电偶的主要性能和特点；

　　热电效应的概念；

　　热电势的概念；

　　接触电势的概念；

　　温差电势的概念；

　　热电偶的串、并联。

　　领会：热电偶的工作原理；

　　均质导体定律；

　　中间导体定律；

　　中间温度定律；

　　标准电极定律；

　　热电偶的冷端温度处理的方法及原理；

　　热电偶冷端电桥补偿法原理及电路。

　　简单应用：热电偶测温方法及热电势和温度的关系分析。

　　9.磁敏传感器

　　识记：磁敏传感器的概念；

　　霍尔效应的概念。

　　领会：霍尔传感器的原理；

　　霍尔元件的结构与基本测量电路；

　　产生磁阻效应的原理。

　　简单应用：霍尔位移传感器的结构与应用；

　　霍尔转速传感器的结构及输出信号频率与转速的关系。

　　10.其他新型传感器

　　识记：计量光栅的原理与作用；

　　计量光栅的类型；

　　长光栅和圆光栅的类型与作用；

　　莫尔条纹的概念；

　　编码式传感器的分类；

　　光电编码器的分类。

　　领会：莫尔条纹的性质；

　　光栅传感器组成及工作原理；

　　光栅传感器的辨向电路及其原理；

　　4倍频细分技术的概念与方法；

　　光电增量式编码器的结构与原理；

　　绝对码盘的结构与原理；

　　CCD传感器的原理、特点与种类；

　　光纤传感器的原理与应用；

　　光纤传感器的组成与分类；

　　超声传感器的工作原理与检测过程；

　　集成传感器与智能传感器的概念；

　　智能传感器的特点；

　　典型智能传感器的结构图。

　　简单应用：莫尔条纹的间距表达式与计算分析。

　　综合应用：设计采用热电偶冷端电桥补偿法的测温系统，画出电路图，并说明其工作原理；

　　热电偶测量切削温度的方法、原理及特点，画出测量系统简图。

　　以框图形式设计采用位移传感器的测量位移的系统，并说明各环节的作用；

　　以框图形式设计采用力传感器的测量车削切削力的测力系统，并说明各环节的作用。

　　四、本章重点、难点

　　重点：传感器的定义；传感器的组成；电阻传感器；电容传感器；电感传感器；磁电传感器；压电传感器；热电传感器；光栅传感器。

　　难点：应变效应及压阻效应概念；

　　正温度系数、负温度系数、突变型负温度系数热敏电阻的含义；

　　半导体应变片的工作原理；

　　电阻应变片的灵敏度计算；

　　变阻器式传感器输出电压与位移的关系；

　　变极距型电容传感器的工作原理及应用；

　　变面积型电容传感器的种类、输出特性及应用；

　　变面积型电容传感器灵敏度和输出特性的计算变极距型电容传感器的灵敏度计算；

　　涡流效应；

　　自感式位移传感器的自感系数L的计算；

　　自感式传感器灵敏度的计算；

　　线速度型传感器感应电势与运动速度的计算；

　　角速度型传感器感应电势与角速度的计算；

　　石英晶体的压电效应及种类；

　　正压电效应及逆压电效应的概念；

　　压电传感器配接电压放大器的输出电压计算；

　　压电传感器配接电荷放大器的输出电压计算；

　　均质导体定律；

　　中间导体定律；

　　中间温度定律；

　　标准电极定律；

　　热电偶的冷端温度处理的方法及原理；

　　光栅传感器组成及工作原理；

　　光栅传感器的辨向电路及其原理；

　　4倍频细分技术的概念与方法。

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